基于晶體三極管的簡易聲控?zé)粼O(shè)計報告

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 張祝兵 專業(yè)班級： 09電氣 指導(dǎo)教師： 沈參軍 工作單位： 安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院 題 目：基于晶體管的簡易聲控?zé)舻脑O(shè)計初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式有一定的了解；具備晶體管電路的根本設(shè)計及根本調(diào)試能力；能夠正確使用實驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測；使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行仿真和制作PCB板圖。要求完成的主要任務(wù)： 1.采用晶體管設(shè)計電路完成一個簡易聲控?zé)舻脑O(shè)計；2.通過聲音震動使燈發(fā)光，并且延遲10秒左右后熄滅；Pspice或Multisim仿真電路，并學(xué)習(xí)PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰

2、，布線合理，符合繪圖標(biāo)準(zhǔn)；4.完成課程設(shè)計報告應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)。時間安排：12010年6月12日分班集中，布置課程設(shè)計任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實施方案與課程設(shè)計報告格式的要求；課設(shè)答疑事項。22010年6月13日 至2010年6月24日完成資料查閱、設(shè)計、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計報告撰寫。3. 2010年6月25日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗收和辯論。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任或責(zé)任教師簽名： 年 月 日目 錄摘 要IAbstractII1緒論12設(shè)計內(nèi)容及要求2設(shè)計目的及主要任務(wù)2設(shè)計目的2設(shè)計任務(wù)及要求2設(shè)計思想23聲控?zé)舻墓ぷ髋c設(shè)計原理3放大電路的原理3單穩(wěn)態(tài)

3、電路的原理4繼電器電路的原理5整機(jī)電路的原理64整機(jī)電路的制作75軟件仿真與硬件調(diào)試85.1 multisim10仿真85.1.1 仿真圖示85.1.2 仿真結(jié)果95.2 Protel繪制PCB幅員11硬件調(diào)試126元器件清單表137設(shè)計總結(jié)148參考文獻(xiàn)15摘 要本文介紹作品采用Multisim10對簡易聲控?zé)綦娐愤M(jìn)行繪制電路圖及仿真工作以及protel進(jìn)行繪制電路圖制作PCB 板。主要介紹了聲控?zé)舻闹谱髟硪约癕ultisim10和protel的一些根本的操作和用法。例如，原理圖sch的繪制，當(dāng)然其中也包括元件的制作；印刷電路板PCB的制作；對電路原理圖進(jìn)行仿真。電路分塊清晰，PCB板美觀

4、、模塊清晰。經(jīng)仿真電路原理正確。到達(dá)任務(wù)要求。運用PROTEL軟件繪制最小系統(tǒng)原理圖及局部外圍擴(kuò)展，在使用該軟件當(dāng)中，學(xué)會創(chuàng)立設(shè)計文檔管理庫，加載元件庫，繪制電路圖，放置電源部件，修改元件參數(shù)，生成網(wǎng)絡(luò)表文件，同時還要將自己設(shè)計的電路原理圖生成PCB電路板圖等方法。在此根底之上將自己設(shè)計的電路進(jìn)行仿真，并對其波形及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：Multisim，protel，聲控?zé)?，PCBAbstractThis article describes the work on the simple voice-activated light with Multisim10 to draw circuit

5、diagrams and circuit simulation work and to draw circuit diagrams produced PROTEL PCB board. Introduces the principles of voice production as well as light PROTEL and Multisim10 some of the basic operation and usage. For example, the schematic drawing of SCH, of course, including the production of c

6、omponents; printed circuit board PCB production; on the circuit diagram for simulation. Clear the circuit block, PCB board appearance, the module definition. The simulation circuit correctly. Meeting mission requirements. Using PROTEL software to draw the minimum system schematics and part of the ex

7、ternal expansion, in which the use of the software, learn to create the design document management library, load cell library, drawing schematics, place the power supply components, modify component parameters, the network table file generated, but also his design of the circuit board PCB schematic

8、generation methods such as. On this basis, the circuit simulation of their own design, and its waveforms and data for analysis. Key words: Multisim, protel, voice light, PCB1緒論晶體管transistor是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，和一般機(jī)械開關(guān)如Relay、switch不同處在于晶體

9、管是利用電訊號來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。晶體管，本名是半導(dǎo)體三極管，是內(nèi)部含有兩個PN結(jié)，外部通常為三個引出電極的半導(dǎo)體器件。它對電信號有放大和開關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管晶體管邏輯電路，書刊和實用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將假設(shè)干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個獨立的元件.晶體管是半導(dǎo)體三極管中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V或“VT舊文字符號為“Q、“GB等表示。本文介紹了基于晶體管的

10、簡易聲控?zé)粼O(shè)計。聲控?zé)粢呀?jīng)廣泛應(yīng)用在居民樓的樓道中，它給人民的生活帶來很多的方便。這些聲控?zé)綦娐分袔缀醵际褂昧思呻娐?，并且直接使?20V的交流電源。雖然這樣做簡化了電路，但對于初學(xué)者來說他們理解電路有一定的困難,調(diào)試電路也具有一定的危險性。這里介紹一個簡單的聲控?zé)綦娐?，采用了三極管等分立元件和低壓電源，不僅適合初學(xué)者的學(xué)習(xí)，而且通過電路中的繼電器也可以控制其它電器進(jìn)行工作。當(dāng)你對著聲控電路拍手或喊叫時，電路中的繼電器會動作,如果用它控制小燈，可以使小燈工作幾秒鐘,然后自動關(guān)閉。2設(shè)計內(nèi)容及要求設(shè)計目的提高電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；學(xué)習(xí)

11、晶體管電路的根本設(shè)計能力及根本調(diào)試能力；能夠正確使用實驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測；使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行仿真和制作PCB板圖。設(shè)計任務(wù)及要求根據(jù)條件，完成通過基于晶體管的聲控?zé)舻脑O(shè)計、連接與仿真。須符合以下要求：1.采用晶體管設(shè)計電路完成一個簡易聲控?zé)舻脑O(shè)計；2.通過聲音震動使燈發(fā)光，并且延遲10秒左右后熄滅；Pspice或Multisim仿真電路，并學(xué)習(xí)PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰，布線合理，符合繪圖標(biāo)準(zhǔn)；4.完成課程設(shè)計報告應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)。本次設(shè)計要求完成基于晶體管的聲控?zé)舻脑O(shè)計、連接與仿真，選擇適合三極管。而整個設(shè)計的核心局部就在采

12、用了三極管等分立元件和低壓電源,通過電路中的繼電器也可以控制其它電器進(jìn)行工作的設(shè)計，當(dāng)你對著聲控電路拍手或喊叫時，電路中的繼電器會動作,如果用它控制小燈,可以使小燈工作幾秒鐘，然后自動關(guān)閉。該模塊完成的功能主要包括放大電路和單穩(wěn)態(tài)電路以及繼電器控制電路。隨后運用Multisim10中的仿真功能對其予以仿真，從仿真的結(jié)果中分析程序的正確性。然后運用Protel畫出電路圖待所有模塊的功能正確之后，然后制作相應(yīng)的PCB板。最后照著原理圖進(jìn)行整機(jī)電路的連接。3聲控?zé)舻墓ぷ髋c設(shè)計原理如下列圖所示，在本次設(shè)計電路中使用了一只20的壓電陶瓷片，它的符號和外形見圖3.1所示，壓電陶瓷片所轉(zhuǎn)換的電信號很微弱，只

13、有通過由三極管VT1組成的放大器把微弱的信號進(jìn)行放大后，才能去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。所以要設(shè)置一個簡單的放大電路，將微弱的信號放大，才能觸發(fā)后邊的電路。圖3.1 壓電陶瓷片的符號和外形圖3.2所示為放大電路的組成，將信號放大。圖3.2 放大電路局部由R1和R2比例控制放大的倍數(shù)。圖中Vo輸出了放大的信號。圖3.3中三極管VT2、VT3及其電阻器、電容器組成了單穩(wěn)態(tài)電路。電阻器R3為三極管VT2提供了基極電流；而三極管VT3的基極電流那么是從三極管VT2的集電極電阻R4上得到的。三極管VT2集電極與三極管VT3基極之間是直接耦合的；而三極管VT3集電極與三極管VT2基極之間的耦合那么是由電容器C2來完

14、成的。電阻器R4是三極管VT2的集電極負(fù)載，三極管VT3的集電極負(fù)載是電阻器R5。圖3.3 單穩(wěn)態(tài)電路局部單穩(wěn)態(tài)電路的特點是它只有一個穩(wěn)定狀態(tài)。電路在沒有信號輸入時，選擇合理的R3使三極管VT2穩(wěn)定在飽和狀態(tài)，此時它的集電極電壓約為0.3V以下。這樣使三極管VT3穩(wěn)定在截止?fàn)顟B(tài)。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)一個負(fù)脈沖通過C1到達(dá)三極管VT2的基極時，三極管VT2開始趨向截止，它的集電極電流減小，集電極電壓升高；經(jīng)過直接耦合，使三極管VT3的基極電壓升高，三極管VT3開始導(dǎo)通，它的集電極電壓下降；經(jīng)電容C2的藕合又使三極管VT2的基極電壓進(jìn)一步下降(雖然這時負(fù)脈沖已經(jīng)不再存在)，形成一個正反應(yīng)

15、，很快到達(dá)一個新的狀態(tài)。此時三極管VT2截止，三極管VT3飽和導(dǎo)通。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。×R3×C2。在本電路中電阻R3為330K，電容C2為47F,所以t=0.7×330×103×47×10-6=1ls.根據(jù)這個公式改變電阻R3或電容C2的參數(shù),可以延長或縮短電路的延遲時間。電路復(fù)原后,電容器C2通過電阻器R5和三極管VT2的發(fā)射結(jié)進(jìn)行充電。充電完成后電路才可以接收下一次的觸發(fā)。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸

16、引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點常開觸點吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點常閉觸點釋放。這樣吸合、釋放，從而到達(dá)了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點。如圖3.4為繼電器電路原理圖。圖3.4 繼電器電路原理圖在本實驗中，觸點那端應(yīng)該連接外部的電路控制燈。如圖3.5所示。圖3.5 電路中的繼電器局部控制的電路當(dāng)有電流經(jīng)過線圈時，開關(guān)閉合使右邊的二極管發(fā)光；當(dāng)電流逐漸消

17、失時，發(fā)光二極管熄滅，實現(xiàn)控制功能。電路圖中，二極管接到K的線圈兩端起到保護(hù)作用。如下列圖3.6所示，電路中的B是一只壓電陶瓷片,它能將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。壓電陶瓷片所轉(zhuǎn)換的電信號很微弱,只有通過由三極管VT1組成的放大器把微弱的信號進(jìn)行放大后，才能去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。放大后信號中的負(fù)脈沖作用在三極管VT2的基極上時，可以使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)。電路中的電容器C3是電源退耦濾波電容器。在電路的穩(wěn)態(tài)過程下，單穩(wěn)態(tài)電路中三極管VT2導(dǎo)通,三極管VT3截止。三極管VT3的集電極為高電平，接在它上面的三極管VT4是PNP型三極管，所以三極管VT4沒有導(dǎo)通,繼電器不工作。一旦有外界的聲音來觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)電路

18、中三極管VT2的基極受到負(fù)脈沖的作用而截止，單穩(wěn)態(tài)電路處在了暫態(tài)的過程中。這時三極管VT3導(dǎo)通，它的集電極電壓下降，導(dǎo)致與它連接的三極管VT4也導(dǎo)通,繼電器吸合。由于單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時間是由電阻器R3與電容器C2的參數(shù)決定的,所以十秒鐘后單穩(wěn)態(tài)電路會自動恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)過程下，繼電器停止工作。聲控電路電原理圖4整機(jī)電路的制作圖4.1是聲控?zé)綦娐返恼麢C(jī)圖。對照電原理圖4.1中元器件的數(shù)值認(rèn)清元器件。安裝時首先將六只電阻器焊到電路板上,然后依次將電容器、二極管、三極管、繼電器焊到電路板上,注意電解電容器的極性和三極管的管腳排列。壓電陶瓷片要通過導(dǎo)線與電路板連接,注意在焊接壓電陶瓷片時，時間不能太長以免燙

19、壞壓電陶瓷片的鍍銀層。小型開關(guān)和電池夾也通過導(dǎo)線與電路板連接。圖4.1 聲控?zé)粽麢C(jī)電路圖元器件裝好后可接通直流電源進(jìn)行調(diào)試。首次通電時繼電器會吸合幾秒鐘然后釋放。這時可以拍手來觸發(fā)聲控電路,每拍一下手，繼電器就應(yīng)吸合，十秒鐘后繼電器會自動釋放。繼電器的一組常開觸點可以作為受控電路的開關(guān)，這一局部在電原理圖中沒有畫出。電路板安裝圖的右邊兩接點即為繼電器的常開觸點。聲控電路調(diào)試成功后就可用這兩點作為電燈開關(guān)。電路是按HRS4H-S型5V繼電器的尺寸設(shè)計的，也可以根據(jù)需要選用其他符合要求的繼電器。5軟件仿真與硬件調(diào)試5.1 multisim10仿真 仿真圖示翻開multisim10，文件-新建-原理

20、圖，在按照圖4.1所示連接電路圖。將整機(jī)電路，將壓電陶瓷片換成個電阻串聯(lián)個開關(guān)，實現(xiàn)輸入信號的控制。因為壓電陶瓷片在仿真中不能自啟動，形成不了負(fù)脈沖信號，采用個開關(guān)，當(dāng)閉合時，VT1的基極是正電壓，當(dāng)瞬間斷開時，產(chǎn)生一個類似的負(fù)脈沖信號。所以采用開關(guān)模擬壓電陶瓷片的瞬間交流信號。圖5.1 整機(jī)仿真電路快速的閉合開關(guān)然后再斷開開關(guān)，那么會看到發(fā)光二極管變亮，然后延遲11秒左右，然后熄滅。示波器查看C2兩端電壓，開關(guān)閉合斷開后，C2的電壓由5.5V左右一直降低直至降到負(fù)值，同時，繼電器兩端電壓保持6V，延遲11秒后直接變?yōu)?，引起繼電器斷開，發(fā)光二極管熄滅。 仿真結(jié)果當(dāng)開關(guān)閉合時，電路仿真如圖5.

21、2所示。圖5.2 開關(guān)閉合瞬間仿真圖然后將開關(guān)瞬間斷開，模擬壓電陶瓷片的交流信號，電路仿真如圖5.3所示。圖5.3 開關(guān)再次斷開后的電路仿真圖5.4 延遲11秒后電路仿真情況經(jīng)過示波器查看電容C2兩端電壓變化和繼電器兩端的電壓變化。如圖5.5所示。圖5.5 電路工作在暫穩(wěn)態(tài)的示波器情況根據(jù)示波器觀察，其中A通道為電容C2兩端電壓，通道B為繼電器兩端電圖5.6 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的波形壓，在暫穩(wěn)態(tài)的時間內(nèi)，A通道的電壓逐漸減小，B通道兩端電壓一直持續(xù)在6V左右，繼電器一直在工作，此時發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)C2放電結(jié)束時，A通道變?yōu)?V，B點電壓瞬跳至0V，此時發(fā)光二極管熄滅然后電容兩端經(jīng)過充電又回

22、到6V，但是由于沒有負(fù)脈沖信號觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路反轉(zhuǎn)，所以電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。如圖5.6所示。5.2 Protel繪制PCB幅員翻開Protel 99SE，新建一個設(shè)計，輸入名稱*.ddb，然后點擊文件，新建一個Schematic Document文件，然后利用畫圖元件按照圖4.1連接，連接完成，如圖5.7所示。然后分別填寫各個元件的封裝號。圖5.7 protel連接圖然后點擊TOOLS-ERC，檢驗自己的電路是否出錯。點擊DESIGN-CREATE NETLIST，生成網(wǎng)絡(luò)表，檢驗電路連接元件完整。然后新建一個PCB文檔，進(jìn)入后選擇Keepoutlayer，然后將網(wǎng)絡(luò)表載入PCB，將元件放置緊密適

23、宜，然后點擊AUTO ROUTE-ALL，全部自動布線，完成如圖5.8所示的PCB幅員。圖5.8 整機(jī)電路的PCB幅員根據(jù)本設(shè)計中的電路原理圖進(jìn)行實物的連接，焊接連接各元件即可。連接完成后，引出兩根根導(dǎo)線，一根導(dǎo)線接+5V電源的正極，另一根導(dǎo)線接地，接好線后，剛開始第一次閉合開關(guān)，繼電器會自動吸合一次，然后自動松開，接著拍手來觸發(fā)聲控電路，每拍一下手，繼電器就應(yīng)吸合，發(fā)光二極管發(fā)光，然后延遲11秒后發(fā)光二極管自動熄滅。與設(shè)計的內(nèi)容根本相符合。同樣設(shè)計中仍然存在誤差，這是由于元器件參數(shù)的精度不夠、實物連接時引入附加阻值、性能不夠高以及環(huán)境溫度等多方面的影響所致。在實際生活中可以通過多種措施來提高

24、輸出音頻信號的的穩(wěn)定度，如可以選擇電容的并聯(lián)使電容的值更精確；同時外界溫度也會影響實驗的精確性。6元器件清單表表6.1 元件清單表序號名稱型號數(shù)量備注1電阻680k1R12電阻6801R23電阻330k1R34電阻13k1R45電阻2R5、R66二極管1N41481D17電解電容10uF1C18電解電容47uF1C29電解電容100uF1C310三極管90133VT1VT311三極管90151VT412壓控陶瓷片201B13繼電器HRS4H-S型5V1K14開關(guān)1×2小型開關(guān)1S7設(shè)計總結(jié)本次課設(shè)是完成一個簡易聲控?zé)綦娐吩O(shè)計，首先通過查找書籍資料，首先進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計、繪制以及PCB幅員制作，然后對電路中的各個局部進(jìn)行調(diào)整修改，按照設(shè)計的電路原理圖完成實物的連接，連接后在實驗室不斷地調(diào)試、修改，最后得到設(shè)計要求的輸出波形。此次晶體管課程設(shè)